CN108609134A - 一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下航行器相关配件技术领域，并公开了一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置，其包括安装基座、不锈钢轴、铁芯、电磁绕组和铁壳，其中铁芯嵌合设置在不锈钢轴的下端内部，然后连同该不锈钢轴整体套合安装于安装基座的槽腔中，不锈钢轴的上端则通过封盖及压缩弹簧执行封装；此外，在所形成的密封空间内构成有电磁铁单元，在通电时实时高效地通过电磁感应来驱动铁芯执行上下移动，由此驱使不锈钢轴从安装基座中抽离，并使得其上的抛载块被紧急释放。通过本发明，能够综合利用直驱原理和内外部压力平衡机理，在显著减少传动环节的前提下获得恒定的抛载驱动力，同时具备无需动密封、便于操控、维护复杂性小和可靠性高等特点。

Description

一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置

技术领域

本发明属于水下航行器相关配件技术领域，更具体地，涉及一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置。

背景技术

随着海洋探测的深入，水下航行器的应用越来越广泛，目前常用的水下航行器主要有两种，一种是譬如采用螺旋桨推进的传统水下航行器，航速一般为3-5kn，但航程和航行时间均受限；另一种是近年来获得蓬勃发展的水下滑翔机，其可通过浮力与重力的比率和姿态角的变化，获得0.5kn左右的航速，并且在航程和航行时间方面均获得较大的提升。

面对航洋探测的复杂环境条件，当水下滑翔机出现各类紧急状况时，通常需要配备紧急抛载装置，以便无法正常上浮时能够及时触发抛掉重物块，使得水下滑翔机正常浮出水面并等待回收，也就是说紧急抛载装置构成了水下滑翔机的关键组成部件之一，并直接影响到它的适用性和可靠性。

查新检索发现，现有技术针对适用于水下滑翔机的紧急抛载装置的设计方案并不多，目前所提出的紧急抛载装置大多是使用直驱电机的形式。然而，进一步的研究表明，上述现有方案仍具备以下的缺陷或不足：首先，直驱电机的装置往往结构复杂、体积大且不能重复使用，每次使用前需要重新安装调试，因此实用性有限；其次，更重要的是，目前的各类设备均未能充分考虑内外部水压的匹配问题，一般采用动密封，同时存在后期维护复杂、传动环节过多、可靠性不足等问题。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和改进，以便更好地符合现代化水下滑翔机的高精度高效率紧急抛载应用需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置，其中通过对该装置的整个构造布局重新进行了设计，并对多个关键组件如不锈钢轴、铁芯、安装基座等的具体结构和相互设置方式进行改进，相应能够综合利用直驱原理和内外部压力平衡机理，在显著减少传动环节的前提下获得恒定的抛载驱动力，同时具备无需动密封、便于操控、维护复杂性小和可靠性高等特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，该水下滑翔机具备由沿轴向方向依次联接的艏部荷载舱、能源舱、姿态调节舱、浮力调节舱和艉部机动舱共同组成的壳体结构，该电磁式紧急抛载装置密封安装于所述艉部机动舱内，并包括安装基座、不锈钢轴、铁芯、电磁绕组和铁壳，其中：

所述安装基座呈一端开口的槽体结构，并通过第一密封槽与所述艉部机动舱实现密封连接；所述铁芯被嵌合设置在所述不锈钢轴的下端内部，然后连同该不锈钢轴整体套合安装于所述安装基座的槽腔中；所述不锈钢轴的上端则通过封盖及压缩弹簧执行相对于所述安装基座的封装；所述电磁绕组对应于所述铁芯缠绕在所述安装基座的下端位置处，所述铁壳继续包裹在它的外部；以此方式，所述铁芯、电磁绕组和铁壳三者共同构成了一个封闭的电磁铁单元，并在对此电磁绕组通电的情况下，能够实时高效地通过电磁感应来驱动所述铁芯执行上下移动，由此驱使所述不锈钢轴以恒定驱动力从所述安装基座中抽离，进而使得其上的抛载块被紧急释放。

通过以上构思，不锈钢轴的设计不仅可将铁芯完全包裹以防止海水的腐蚀，而且它还能够充分借助于电磁铁单元的驱动来实现驱动力恒定的直接驱动；安装基座的设置方式则能够将电磁绕组与铁芯有效隔离起来，同时借助于内外部其他元件的相互配合，更好地起到水下承压和内外部压力平衡作用；压缩弹簧配套安装在不锈钢轴的上端，可用于在电磁绕组失电后仍保持住不锈钢轴的适当位置。以上这种电磁式抛载装置综合利用了直驱原理和内外部压力平衡机理，不仅传动环节少、可靠性高，而且整体装置无需任何的动密封环节，因而能够更为高效、精确地保障水下滑翔机之类设备的航行安全。

作为进一步优选地，所述铁芯上优选加工有第二密封槽，并通过该第二密封槽与所述不锈钢轴实现密封连接。

作为进一步优选地，对于所述不锈钢轴而言，优选沿着它自身的轴向方向加工有多个凹形槽，并且这些凹形槽用于在不锈钢轴发生上下移动时提供水的流通路径，由此进一步确保所述铁芯内部与外部之间的压力平衡。

作为进一步优选地，上述安装基座、铁芯、不锈钢轴以及封盖等均采用模块化设计。

作为进一步优选地，对于采用上述电磁式紧急抛载装置的水下滑翔机而，其优选是一种多工作模式的混合驱动型水下滑翔机，它除了包括由沿轴向方向依次联接的艏部荷载舱、能源舱、姿态调节舱、浮力调节舱和艉部机动舱共同组成的壳体结构之外，还包括固定安装在该壳体中部两侧的水平翼、固定安装在该壳体中部上方的平板天线、安装在该壳体艉部上方的垂直尾舵，其中：

所述水平翼呈对称状部分，并用于对水下滑翔机提供向上的升力；所述平板天线内置多个通讯模块，并用于提供水下滑翔机的对外通讯；所述垂直尾舵包括尾舵及其驱动装置，并用于对水下滑翔机的偏航角执行调节；

此外，在所述艏部荷载舱内设置有可拆卸更换的观测仪器，用于对海洋环境及其他所需信息进行采集；在所述能源舱内固定安装有电池组，用于对整个水下滑翔机提供电能；在所述姿态调节舱内安装有质心调节装置，该质心调节装置具备可沿着所述壳体轴向方向前后移动的质量包，并用于对水下滑翔机的俯仰角进行调节；在所述浮力调节舱内固定设置有浮力调节装置，并通过对浮力大小的调节来实现水下滑翔机的上浮及下潜操作；在所述艉部机动舱内固定安装有泵喷推进装置，并用于在需要时提供额外推力，由此提高水下滑翔机的航行速度。

作为进一步优选地，所述浮力调节装置优选由液压回路和辅助气动回路组成，其中该液压回路包括与之相连的外油囊、油路和内油箱，并且可通过控制液压油在该外油囊与该内油箱之间的不同分布量，使得水下滑翔机的排水体积发生改变进而实现上浮或下潜；该辅助气动回路包括与之相连的外气囊，并且可通过控制导向该外气囊的排气量，辅助所述液压回路来使得水下滑翔机执行上浮或下潜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过对装置整体的结构布局及其关键组件的具体设置方式作出改进和设计，相应不仅采用了电磁感应的原理来实现直驱操作，确保了整体结构更为紧凑及便于操控，而且在电磁驱动的过程中还充分考虑了装置内部与外部的水压匹配性，不再需要采用任何动密封环节，显著减少了传动环节，因而能够更为有效地保障水下滑翔机之类设备的远程航行安全，并且具备稳定性和适应性强、满足模块化需求等多个特点。

附图说明

图1是按照本发明所构建的电磁式紧急抛载装置的整体构造剖视图；

图2是按照本发明一个优选实施例的、加工有多个凹形槽的不锈钢轴的结构示意图；

图3是按照本发明另一优选实施例的、运用本发明的电磁式紧急抛载装置的水下滑翔机的整个装配示意图。

在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件或结构，其中：

30-第一密封槽 40-铁壳 50-第二密封槽 60-螺钉 70-电磁绕组 80-铁芯90-安装基座 100-不锈钢轴 110-压缩弹簧 120-封盖 130-凹形槽 140-水下滑翔机1-艏部载荷舱 2-能源舱 3-姿态调节舱 4-浮力调节舱 5-艉部机动舱 6-观测仪器7-电池组 8-质心调节装置 9-浮力调节装置 10-电磁式紧急抛载装置 11-垂直尾舵12-泵喷推进装置 13-水平翼 14-平板天线

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明所构建的电磁式紧急抛载装置的整体构造剖视图。如图1所示，该电磁式紧急抛载装置主要针对水下滑翔机之类的设备而设计，它譬如可密封安装于水下滑翔机的艉部机动舱内，并包括安装基座90、不锈钢轴100、铁芯80、电磁绕组70和铁壳40等组件，下面将对其逐一进行具体解释说明。

如图1具体所示，安装基座90呈一端开口的槽体结构，并可通过第一密封槽30与艉部机动舱5之间实现密封连接；铁芯80譬如为圆筒状结构，它被嵌合设置在不锈钢轴100的下端内部，然后连同该不锈钢轴100整体套合安装于安装基座90的槽腔中。

更具体地，所述不锈钢轴的上端可具有一个凸出的轴端部，并通过封盖120及压缩弹簧110执行相对于所述安装基座90的封装，该压缩弹簧110环绕压缩弹簧的上端轴端部而设置，并用于在平常工况中将不锈钢轴按压及保持在固定位置；以此方式，不锈钢轴配合安装基座、封盖等元件，一起确保铁芯获得全方位的密封，在防止海水腐蚀的同时还有助于确保内外部的压力平衡。此外，对应于所述铁芯80的安装位置，在所述安装基座的下端位置处还缠绕有电磁绕组70，铁壳40继续包裹在它的外部。铁壳与安装基座之间可通过螺钉60连接。

通过以上构思，所述铁芯80、电磁绕组70和铁壳40三者共同构成了一个封闭的电磁铁单元，并在对此电磁绕组通电的情况下，能够实时高效地通过电磁感应来驱动所述铁芯执行上下移动，由此驱使不锈钢轴100以恒定驱动力从所述安装基座中抽离，进而在抛载机构上电时，不锈钢轴向安装基座内部运动，抛载块失去轴的限制后自然抛载。

按照本发明的一个优选实施例，如图2所示，所述不锈钢轴优选沿着它自身的轴向方向加工有多个凹形槽130，并且这些凹形槽用于在不锈钢轴发生上下移动时提供水的流通路径，由此进一步确保所述铁芯内部与外部之间的压力平衡。

按照本发明的另一优选实施李，如图3所示，对于采用上述电磁式紧急抛载装置的水下滑翔机而言，其优选是一种具备多工作模式的混合驱动型水下滑翔机，它除了包括由沿轴向方向依次联接的艏部荷载舱1、能源舱2、姿态调节舱3、浮力调节舱4和艉部机动舱5共同组成的壳体结构之外，还可以包括固定安装在该壳体中部两侧的水平翼13、固定安装在该壳体中部上方的平板天线14、安装在该壳体艉部上方的垂直尾舵11，其中：

所述水平翼呈对称状部分，并用于对水下滑翔机提供向上的升力；所述平板天线内置多个通讯模块，并用于提供水下滑翔机的对外通讯；所述垂直尾舵包括尾舵及其驱动装置，并用于对水下滑翔机的偏航角执行调节；

此外，在所述艏部荷载舱1内设置有可拆卸更换的观测仪器6，用于对海洋环境及其他所需信息进行采集；在所述能源舱2内固定安装有电池组7，用于对整个水下滑翔机提供电能；在所述姿态调节舱3内安装有质心调节装置8，该质心调节装置具备可沿着所述壳体轴向方向前后移动的质量包，并用于对水下滑翔机的俯仰角进行调节；在所述浮力调节舱4内固定设置有浮力调节装置9，并通过对浮力大小的调节来实现水下滑翔机的上浮及下潜操作；在所述艉部机动舱5内固定安装有泵喷推进装置12，并用于在需要时提供额外推力，由此提高水下滑翔机的航行速度。

更具体地，所述浮力调节装置优选可以由液压回路和辅助气动回路组成，其中该液压回路优选包括与之相连的外油囊、油路和内油箱，并且可通过控制液压油在该外油囊与该内油箱之间的不同分布量，使得水下滑翔机的排水体积发生改变进而实现上浮或下潜；该辅助气动回路优选包括与之相连的外气囊，并且可通过控制导向该外气囊的排气量，辅助所述液压回路来使得水下滑翔机执行上浮或下潜。

下面将对本发明的电磁式紧急抛载装置具体解释其工作原理过程。

紧急抛载装置启动后，平常工况中进入休眠状态；当水下航行器出现故障，无法正常上浮时，可通过内部设置甚至远程的控制单元，通电使电磁绕组产生磁场，相应产生电磁感应作用使得不锈钢轴执行相对于安装基座的上下移动，也即借助于恒定的驱动力同时在内外部压力平衡的条件下将不锈钢轴从抛载块中抽离，抛载块被释放；此时，水下航行器的重力小于浮力，实现紧急上浮。

此外，对于安装有上述电磁式紧急抛载装置的水下滑翔机而言，其按照本发明的设计，可以具备多种工作模式，下面同样给予具体解释说明。

(一)水面滑翔通讯模式下，此时浮力调节装置的气动回路工作，向气囊排气，这时，航行器浮力大于重力，艉部组合平板天线14浮出水面，保持良好通讯姿态，进行数据传输；

(二)滑翔下潜模式下，此时浮力调节装置液压回路工作，外油囊中液压油经过油路流到内油箱中，排水体积减小，航行器的重力大于浮力，可下沉，在下降过程中，质心调节装置电池包往艏部方向移动，航行器重心前移，混合驱动型水下滑翔机以一定滑翔角下降；

(三)滑翔上浮模式下，此时浮力调节装置液压回路工作，内油箱中液压油经过油路流到外油囊中，排水体积增大，航行器的浮力大于重力，可上升，在上升过程中，质心调节装置电池包往艉部方向移动，航行器重心后移，混合驱动型水下滑翔机以一定滑翔角上升；

(四)定深推进模式下，此时浮力调节系统使混合驱动滑翔机处于平衡浮力状态，然后停止工作，航行器艉部泵喷推进装置动作，产生向前推力。当俯仰调节装置电池包向艏部方向移动，则航行器产生向下攻角的运动，当俯仰调节装置向艉部方向移动，则航行器产生向上攻角的运动。航行器的偏航依靠垂直尾舵，尾舵左偏，航行器产生右偏航角，尾舵右偏，航行器产生左偏航角；

(五)混合驱动模式下，此时浮力调节系统液压回路工作，可调整航行器浮力，质心调节装置电池包移动，调整航行器重心位置，产生滑翔角，此时，泵喷推进装置动作，产生推力，可实现混合驱动型水下滑翔机的混合驱动。

(六)紧急抛载模式下，此时混合驱动型水下滑翔机无法正常上浮，紧急抛载装置动作，分离抛载重物，此时，重力小于浮力，实现紧急上浮。其具体过程如上给出了详细的解释说明，在此不再赘述。

综上，本发明所提出的电磁式紧急抛载装置通过对该其整个构造布局重新进行了设计，并对多个关键组件如不锈钢轴、铁芯、安装基座等的具体结构和相互设置方式进行改进，相应能够综合利用直驱原理和内外部压力平衡机理，在显著减少传动环节的前提下获得恒定的抛载驱动力，该装置传动环节少，可靠性高，维护复杂性小，无动密封环节，驱动力恒定，可以有效保障水下滑翔机之类设备的航行安全，具有较强的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水下滑翔机的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，该水下滑翔机具备由沿轴向方向依次联接的艏部荷载舱(1)、能源舱(2)、姿态调节舱(3)、浮力调节舱(4)和艉部机动舱(5)共同组成的壳体结构，该电磁式紧急抛载装置密封安装于所述艉部机动舱(5)内，并包括安装基座(90)、不锈钢轴(100)、铁芯(80)、电磁绕组(70)和铁壳(40)，其中：

所述安装基座(90)呈一端开口的槽体结构，并通过第一密封槽(30)与所述艉部机动舱(5)实现密封连接；所述铁芯(80)被嵌合设置在所述不锈钢轴(100)的下端内部，然后连同该不锈钢轴(100)整体套合安装于所述安装基座(90)的槽腔中；所述不锈钢轴的上端则通过封盖(120)及压缩弹簧(110)执行相对于所述安装基座(90)的封装；所述电磁绕组(70)对应于所述铁芯(80)缠绕在所述安装基座的下端位置处，所述铁壳(40)继续包裹在它的外部；以此方式，所述铁芯(80)、电磁绕组(70)和铁壳(40)三者共同构成了一个封闭的电磁铁单元，并在对此电磁绕组通电的情况下，能够实时高效地通过电磁感应来驱动所述铁芯执行上下移动，由此驱使所述不锈钢轴(100)以恒定驱动力从所述安装基座中抽离，进而使得其上的抛载块被紧急释放。

2.如权利要求1所述的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，所述铁芯上优选加工有第二密封槽(50)，并通过该第二密封槽与所述不锈钢轴实现密封连接。

3.如权利要求1或2所述的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，对于所述不锈钢轴(100)而言，优选沿着它自身的轴向方向加工有多个凹形槽(130)，并且这些凹形槽用于在不锈钢轴发生上下移动时提供水的流通路径，由此进一步确保所述铁芯内部与外部之间的压力平衡。

4.如权利要求1-3任意一项所述的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，上述安装基座、铁芯、不锈钢轴以及封盖等均采用模块化设计。

5.如权利要求1-4任意一项所述的电磁式紧急抛载装置，其特征在于，对于采用上述电磁式紧急抛载装置的水下滑翔机而，其优选是一种多工作模式的混合驱动型水下滑翔机，它除了包括由沿轴向方向依次联接的艏部荷载舱(1)、能源舱(2)、姿态调节舱(3)、浮力调节舱(4)和艉部机动舱(5)共同组成的壳体结构之外，还包括固定安装在该壳体中部两侧的水平翼(13)、固定安装在该壳体中部上方的平板天线(14)、安装在该壳体艉部上方的垂直尾舵(11)，其中：

所述水平翼呈对称状部分，并用于对水下滑翔机提供向上的升力；所述平板天线内置多个通讯模块，并用于提供水下滑翔机的对外通讯；所述垂直尾舵包括尾舵及其驱动装置，并用于对水下滑翔机的偏航角执行调节；

此外，在所述艏部荷载舱(1)内设置有可拆卸更换的观测仪器(6)，用于对海洋环境及其他所需信息进行采集；在所述能源舱(2)内固定安装有电池组(7)，用于对整个水下滑翔机提供电能；在所述姿态调节舱(3)内安装有质心调节装置(8)，该质心调节装置具备可沿着所述壳体轴向方向前后移动的质量包，并用于对水下滑翔机的俯仰角进行调节；在所述浮力调节舱(4)内固定设置有浮力调节装置(9)，并通过对浮力大小的调节来实现水下滑翔机的上浮及下潜操作；在所述艉部机动舱(5)内固定安装有泵喷推进装置(12)，并用于在需要时提供额外推力，由此提高水下滑翔机的航行速度。